中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

劉少軍，蔡大鑫，田光輝，甘業(yè)星

（海南省氣象科學(xué)研究所/海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570203）

【研究意義】橡膠樹是重要的經(jīng)濟(jì)作物，生長于熱帶地區(qū)，對氣象條件具有嚴(yán)格的要求。橡膠樹生長適合微風(fēng)，如果風(fēng)速超過3 m/s，橡膠樹的生長和產(chǎn)膠就會受到影響。臺風(fēng)是影響我國橡膠樹生長以及產(chǎn)膠量的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一［1］。臺風(fēng)不僅可以導(dǎo)致橡膠樹樹冠和花果受損，嚴(yán)重時(shí)還可以導(dǎo)致橡膠樹發(fā)生斷、倒，橡膠樹受強(qiáng)風(fēng)脅迫后，其生理狀況均比受災(zāi)年前同期的水平差［2］。橡膠樹遭受臺風(fēng)災(zāi)害后產(chǎn)量下降，主要原因在于臺風(fēng)導(dǎo)致橡膠樹樹冠和篩管受損，光合作用效率降低［3］，生理活性物質(zhì)合成受到影響，產(chǎn)膠潛力降低［4］，乳膠管堵塞抑制排膠能力［5］，另外臺風(fēng)帶來的降水也會增大土壤養(yǎng)分的流失［6］。我國是臺風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重的國家之一，1985—2014年，有218個(gè)臺風(fēng)造成不同程度的直接經(jīng)濟(jì)損失，平均每年致災(zāi)臺風(fēng)7.3個(gè)［7］。因此，準(zhǔn)確掌握橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)危險(xiǎn)區(qū)域的分布，對有效規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)開展橡膠樹種植具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國內(nèi)外關(guān)于臺風(fēng)對橡膠樹的影響研究，主要集中在橡膠樹風(fēng)害調(diào)查及典型個(gè)例分析、橡膠風(fēng)害成因分析［8］、橡膠樹風(fēng)害的重現(xiàn)期預(yù)測［9-10］、橡膠樹風(fēng)害評估模型［11-13］、橡膠樹風(fēng)害評估系統(tǒng)［14］、橡膠風(fēng)害遙感監(jiān)測［15-17］、橡膠氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃［18-23］等方面，而針對整個(gè)中國橡膠樹種植區(qū)的臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析未見報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在全球氣候變化背景下，影響我國橡膠樹種植區(qū)的臺風(fēng)年頻數(shù)稍有減少的趨勢，但臺風(fēng)的平均強(qiáng)度總體呈增強(qiáng)趨勢，這必定會對我國橡膠生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】根據(jù)西太平洋臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)集，提取中國橡膠樹主產(chǎn)區(qū)內(nèi)臺風(fēng)路徑、頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速等信息，利用橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型，開展中國橡膠樹種植區(qū)內(nèi)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃，為中國橡膠樹種植和規(guī)避臺風(fēng)災(zāi)害的影響提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1951—2014年西太平洋臺風(fēng)路徑數(shù)據(jù)來源于堪薩斯大學(xué)（University of Kansas）網(wǎng)站（https://kuscholarworks.ku.edu/handle/1808/22466），數(shù)據(jù)集包括臺風(fēng)頻率和臺風(fēng)強(qiáng)度（平均和最大風(fēng)速），數(shù)據(jù)空間分辨率0.2°。研究區(qū)中國橡膠樹種植分布北界來自文獻(xiàn)［20］?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)站（http://ngcc.sbsm.gov.cn/）。1951—2014年經(jīng)過中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)路徑見圖1。

1.2 研究方法

通常情況下橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害損失與臺風(fēng)風(fēng)力正相關(guān)，當(dāng)風(fēng)力在8級時(shí)，橡膠樹斷倒較少；當(dāng)風(fēng)力在10級、12級、15級、16級時(shí)，橡膠樹斷倒率分別為13%、35%、69%、100%。臺風(fēng)對橡膠樹的損壞程度除與大風(fēng)本身強(qiáng)度有關(guān)外，還與地形下墊面和橡膠栽培技術(shù)等多種因素有關(guān)［24］，橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害損失主要集中在連根拔起、樹干折斷、根部折斷等3種方式，同時(shí)遭受臺風(fēng)影響的橡膠樹會出現(xiàn)產(chǎn)量降低、死皮增加等現(xiàn)象［2］。根據(jù)橡膠樹風(fēng)害等級標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)害率≤5.0%為輕微風(fēng)害，5.0%～10.0%為輕度風(fēng)害，10.0%～20.0%為中度風(fēng)害，大于20.0%為嚴(yán)重風(fēng)害［25］?；谝陨舷鹉z樹風(fēng)害等級研究基礎(chǔ)，利用ArcGIS 10.2軟件的剪切功能，提取中國橡膠樹分布圖對應(yīng)位置上的臺風(fēng)頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速等信息，并進(jìn)行等級劃分，賦值1，2，3，4表示臺風(fēng)各要素對橡膠樹影響程度，分別對應(yīng)表示臺風(fēng)頻次指數(shù)、平均風(fēng)速指數(shù)、最大風(fēng)速指數(shù)。參照文獻(xiàn)［12,14,19］建立橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型：

圖1 1951—2014年經(jīng)過中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)路徑圖Fig.1 Typhoon track passing through rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

式中，TF為橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)，用于表示橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)程度，其值越大，則橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)程度越大；F1、F2、F3分別為臺風(fēng)頻次指數(shù)、平均風(fēng)速指數(shù)、最大風(fēng)速指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

我國橡膠樹種植區(qū)主要分布在海南、云南、廣東、廣西、福建等5?。▍^(qū)），其中福建和廣西橡膠產(chǎn)量的總量較少。

2.1 臺風(fēng)影響頻次指數(shù)

從圖2可以看出，1951—2014年間我國橡膠樹種植區(qū)受臺風(fēng)影響頻次分布，橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害頻次高值區(qū)分布在海南、廣東、福建等地，易受到臺風(fēng)的影響；低值區(qū)分布在云南，受到臺風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)較小。將臺風(fēng)影響的頻次按照［0～2, 2～6,6～9, ＞9］劃分為4個(gè)等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風(fēng)頻次對橡膠樹種植區(qū)影響程度，臺風(fēng)影響頻次指數(shù)越大，說明該處橡膠樹受臺風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺風(fēng)的影響，危險(xiǎn)性越大。

圖2 1951—2014年中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)影響頻次分布Fig.2 Distribution of typhoon frequency in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.2 臺風(fēng)最大風(fēng)速指數(shù)

風(fēng)速是影響橡膠樹受害程度的主要因素，橡膠樹受害程度會因風(fēng)速加大而呈線性增加［21］，其原因?yàn)橄鹉z樹冠層暴露在大風(fēng)中的面積較大，而且隨著高度的增加風(fēng)速也增大，因此橡膠樹受風(fēng)害的風(fēng)險(xiǎn)越大［24］。從圖3可以看出，1951—2014年間我國橡膠樹種植區(qū)在臺風(fēng)經(jīng)過期間的最大風(fēng)速分布，其中臺風(fēng)最大風(fēng)速的高值區(qū)分布在海南、廣東、廣西、福建等地，易受到臺風(fēng)的影響；低值區(qū)分布在云南，受到臺風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)較小。將臺風(fēng)最大風(fēng)速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個(gè)等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風(fēng)最大風(fēng)速對橡膠樹種植區(qū)影響程度，臺風(fēng)最大風(fēng)速指數(shù)越大，說明該處橡膠樹受臺風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺風(fēng)的破壞，危險(xiǎn)性越大。

2.3 臺風(fēng)平均風(fēng)速指數(shù)

從圖4可以看出，1951—2014年間中國橡膠樹種植區(qū)在臺風(fēng)經(jīng)過期間的平均風(fēng)速分布。將臺風(fēng)平均風(fēng)速按照［＜20.7, 20.7～24.4, 24.4～28.4,＞28.4］劃分為4個(gè)等級，分別賦值1、2、3、4，表示臺風(fēng)平均風(fēng)速對橡膠種植區(qū)影響程度，臺風(fēng)平均風(fēng)速指數(shù)越大，說明該處橡膠樹受臺風(fēng)影響的風(fēng)險(xiǎn)越大，更容易受到臺風(fēng)的破壞，危險(xiǎn)性越大。

圖3 1951—2014年中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)最大風(fēng)速分布Fig.3 Distribution of typhoon maximum wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

圖4 1951—2014年中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)平均風(fēng)速分布Fig.4 Distribution of typhoon average wind speed in rubber tree planting areas of China from 1951 to 2014

2.4 橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

根據(jù)橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型計(jì)算橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)，并利用ArcGIS 10.2軟件中的自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類，將我國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)4個(gè)等級（圖5）。從圖5可以看出，橡膠樹種植臺風(fēng)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南三亞、陵水、萬寧、文昌，廣東徐聞、電白、湛江等地，臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（27，48］；中危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南島南部，廣東陽江、茂名，福建詔安等地，臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（12，27］；較低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南島、中、西部，廣東信宜、廉江，廣西北海、玉林、陸川，福建云霄、長泰等地，臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為（4-12］；低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在云南境內(nèi)，臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)為［1-4］。

圖5 中國橡膠樹種植區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)Fig.5 Zoning of typhoon disaster risks in rubber tree planting areas of China

3 討論

橡膠樹是典型的多年生熱帶作物，臺風(fēng)是橡膠樹的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，尤其海南、廣東兩大植膠區(qū)常年遭受臺風(fēng)危害［27］，臺風(fēng)災(zāi)害帶來的強(qiáng)風(fēng)可對橡膠樹造成短期、長期及持久性的損害。一場較強(qiáng)的登陸臺風(fēng)，首先致使當(dāng)年橡膠產(chǎn)量銳減，損傷的枝葉需要3～5年的回復(fù)生長，而臺風(fēng)造成的倒伏則會形成永久性的“缺苗斷壟”，成為不可逆的低產(chǎn)林地。由于部分橡膠樹種植區(qū)選地不當(dāng)，臺風(fēng)災(zāi)害不僅影響橡膠樹的正常生長，而且影響到后期的橡膠樹的產(chǎn)量。因此，可以根據(jù)橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，合理規(guī)劃橡膠樹種植區(qū)。為了提高臺風(fēng)災(zāi)害較重區(qū)域?qū)崿F(xiàn)橡膠樹可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)從橡膠樹品種、防護(hù)林建設(shè)、氣候適宜性評估、經(jīng)營管理等方面綜合考慮，建立橡膠樹抗風(fēng)高產(chǎn)栽培技術(shù)體系［28］。隨著全球氣候變化和我國適宜種植橡膠樹的土地資源有限，我國橡膠樹種植區(qū)的臺風(fēng)災(zāi)害影響將長期存在，臺風(fēng)災(zāi)害影響程度有可能更為嚴(yán)重，因此必須加強(qiáng)橡膠樹抗風(fēng)栽培技術(shù)的研發(fā)，增強(qiáng)橡膠樹科學(xué)合理抗風(fēng)避災(zāi)理念。在優(yōu)化橡膠種植區(qū)布局的同時(shí)，大力發(fā)展橡膠樹的林下經(jīng)濟(jì)作物種植，在努力增加橡膠產(chǎn)量的同時(shí)，獲得林下經(jīng)濟(jì)的附加收入，提高橡膠林地的綜合效益，保證持有一定面積的橡膠戰(zhàn)略性種植。

臺風(fēng)的危險(xiǎn)性評價(jià)，前人的研究成果很多，也選用了多種方法和評價(jià)指標(biāo)，如郭騰蛟等［29］選用年均臺風(fēng)災(zāi)害次數(shù)（災(zāi)次指數(shù)）、殷潔等［30］選用臺風(fēng)強(qiáng)度等級、張悅等［31］選用年均臺風(fēng)影響次數(shù)（災(zāi)次比）分別表征危險(xiǎn)性，在一定程度上反映了潛在致災(zāi)性，但并不全面；而尚志海等［32］考慮以臺風(fēng)登陸頻率、死亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失衡量臺風(fēng)危險(xiǎn)性，將災(zāi)害防御能力納入危險(xiǎn)性評價(jià)，這與目前多數(shù)學(xué)者的觀點(diǎn)并不一致；黃海靜等［33］選取的指標(biāo)與本研究相似，但未考慮平均風(fēng)速，而且大風(fēng)的持續(xù)性對于橡膠風(fēng)害的形成有重要貢獻(xiàn)。本研究從致災(zāi)體本身出發(fā)，充分考慮了臺風(fēng)對橡膠樹的致災(zāi)特性，構(gòu)造的災(zāi)害危險(xiǎn)綜合指數(shù)同時(shí)兼顧臺風(fēng)發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，分析結(jié)果更符合實(shí)際，得到的危險(xiǎn)性分區(qū)具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

根據(jù)我國橡膠樹主產(chǎn)區(qū)內(nèi)臺風(fēng)頻次、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速指數(shù)，構(gòu)建橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)指數(shù)模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明我國橡膠種植區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)特點(diǎn)，其中高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南東部沿海和廣東的雷州半島等地，低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在云南境內(nèi)。以上結(jié)果對了解中國橡膠樹臺風(fēng)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級分布及采取相應(yīng)措施減少橡膠樹風(fēng)災(zāi)損失具有重要的指導(dǎo)意義。